以“卓越工程師”為培養目標的材料科學基礎課程改革與實踐

摘要：在“卓越工程師教育培養計劃”背景下進行材料科學基礎的改革對提高材料類學生的工程實踐能力、培養工程人才，有著舉足輕重的作用。本文針對該課程的特點，對課程內容進行重新編排，并把課程的實驗體系獨立出來，突出實驗課程的重要性，同時，加大網站的建設和青年教師的培養。這些改革實踐極大激發了學生的學習熱情及積極性，適應了卓越工程師的要求。

關鍵詞：卓越人才；材料科學基礎；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）22-0034-02

“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》和《國家中長期人才發展規劃綱要》的重大改革項目。武漢理工大學材料科學基礎為材料學院所有專業必修的學科基礎課程。該課程是在一級學科辦學的基礎上闡述了組成與結構、制備與加工、性質、使用性能等材料科學與工程主要要素之間的相互關系及其制約規律。經過這幾年的教學實踐，我們在理解“卓越人才”培養目標，提高學生工程應用能力和創新能力的基礎上，對該課程教學方法探究等方面開展了積極的探索，積累了一定的實踐經驗。

一、材料科學基礎課程的特點和實施“卓越計劃”的意義

1998年以前，國內高等學校普遍按照二級學科模式辦學，材料類專業有無機非金屬材料工程、金屬材料工程等二級學科專業，其學科基礎課為無機材料物理化學、硅酸鹽物理化學、金屬學原理等。1998年以后，根據學科發展規律，國內高等學校相繼進行專業結構調整，逐步按照一級學科模式辦學，武漢理工大學設立材料科學與工程專業，其學科基礎課是材料科學基礎課程。隨著辦學層次不斷提高，材料科學基礎課程在知識體系構造方面也逐步揉和了金屬、無機非金屬、高分子等材料共同的科學原理及技術基礎，配合課程建設，開設了具有特色的實驗教學環節。由于材料科學基礎是土木工程專業學生培養計劃里最先開設的學科基礎課程，所以材科科學領域的一些基本概念、材料設計的一般研究思想和方法都隨內容編排在該課程中，使得該課程顯得知識點比較龐雜和零碎，由于原課程內容的編排缺乏具體的實踐應用，學生難以在短時間內建立起整個課程的系統框架和掌握章與章之間的聯系，有學生稱該課程的課程體系正如玻璃的結構“近程有序、遠程無序”這一特點給學生的學習帶來不少的困擾。同時，該課程也為2005年的國家精品課程和2012年的湖北省精品資源共享課程。建立理論聯系實際的課程體系，提高學生學習的積極性，進而對其他材料類專業課程進行“卓越計劃”的改革可以起到示范和指導作用，具有重要的現實意義和長遠價值。

二、“卓越計劃”背景下的材料科學基礎課程體系改革與實踐

1.課程內容的改革與編排。在教學的過程中，我們大量的引用Wiley出版社出版的“Materials Science and Technology”中的圖片對教學內容進行補充和詮釋。同時，優化教學內容，強化理科基礎，并在理科基礎課中體現工程設計的思想，拓寬學科基礎，夯實專業基礎。近年來，由于材料學科發展迅速，不斷有新材料及新性能報道出來且獲得了廣泛的應用，極大地推動了社會的發展。在課程體系中加入這些材料的介紹，從而引入相關的基礎知識，使學生在學習的過程中開闊了視野并加深了對授課內容的理解。比如：在講到Kirkendall效應的時候，我們除了解釋該效應所造成的電子器件在接頭焊接過程中出現的“紫災”現象外，針對現在的研究熱點之一——空心納米材料合成，把Kirkendall效應應用在該空心結構的形成機理中，并對空心結構的形成機理進行引申歸納。在燒結這一章節內容的講解中，我們對目前國內外出現的新材料的新燒結工藝進行了總結，對各類燒結工藝的優劣進行了對比分析。并針對具體的材料，讓學生根據材料的結構和性能的要求，模擬設計其燒結工藝。我們的這些對課程體系和內容的調整，都是根據“卓越計劃”實施的目的而進行的。內容的重新編排不但堅持了課程原有內容和體系，并且從社會實際需求出發，以工程實踐能力創新能力和國際化能力的培養為目標來設計的。因為，為適應卓越工程師培養，固有的教學內容必須做適當調整。

2.課程教學方法的設計與改革。如前所述，材料科學基礎課程是材料類學生必修的專業基礎課程，是學生在本科階段所學習的第一門系統的專業基礎課程，該課程設計了材料的熱力學、動力學及結構化學等方面的相關基礎內容。如何在傳授這些材料學科知識的同時培養學生的工程應用能力是保證“卓越計劃”有效實施的關鍵。教學方法的改革和其他教學環節的實現方式不僅要保證學生有效地掌握教學計劃所要求的教學內容，確保學生的工程實踐能力得到培養和提高，而且是保證課程的教學目標得以實現的重要手段。在材料科學基礎的課程教學中，根據教學內容的性質和“卓越計劃”的要求，我們改革了實驗及實踐環節，突出了實驗及實踐的重要性。過去的80個學時的材料科學基礎教學中包含有16個學時的實驗教學。把材料科學基礎實驗作為一個單獨的實驗課程獨立出去，保留72個學時的材料科學基礎理論教學課程是該課程為適應“卓越人才”教育進行的一項改革措施。材料科學基礎實驗課程為一周的實驗課程，內容包括材料的密度、吸水率的測試、差熱分析、淬冷法研究相平衡、固相反應、粘土—水系統的ξ電位的測試、玻璃的熱膨脹系數等七個綜合性實驗，這些實驗的設計及安排基本都是模擬工廠實驗室的分析測試設備，獨立出一周的實驗課程分散在理論課程的傳授過程中進行，這樣的安排加深了學生對所學理論內容的直觀認識，建立起了理論與實踐的聯系，加強了學生實踐能力的培養。同時，我們加大了課程網站的建設，結合本課程的特點，網站上擁有“課程簡介”、“教學大綱”、“教學日歷”、“考評方式與標準”、“學習指南”，這些內容使學生明確了課程學習的目的、內容、方法和學習要求；同時，在網站上上傳內容豐富的電子教案和制作精良的電子課件，可以很好地幫助學生在課下鞏固課堂學習內容。除此之外，網站上還擁有練習題、自測題、試卷、考研輔導，可以讓學生通過學校精品課程網站、網絡學堂在線測試，通過在線交流可以發布課程通知，可以在線答疑和課程留言。每周課程組老師在規定的時間上網在線回答學生的問題，并批改學生的電子作業，這樣安排激發了學生的學習興趣，相對于課件提問，學生更傾向于網上答疑，這些措施有效地調動了學生學習的積極性。

3.重視師資的培養和交流。作為我校第一排獲批的國家精品課程，材料科學基礎課程組定期舉行教學經驗交流和青年教師教學競賽，不斷提高教師教學水平。每學期舉行4次以上校內教學經驗交流，每學年骨干教師參與校際間、校企間教學及學術交流不少于2次。青年教師積極參加各級教學競賽，將競爭激勵機制引入整個教學環節，激發青年教師不斷學習、提高自身業務能力的主動性。同時，該課程組的老師已有30%已到國外進修一年以上，提高了課程組老師的工程國際化能力。

參考文獻：

[1]林健.“卓越工程師教育培養計劃”專業培養方案再研究[J].高等工程教育研究，2100，（4）：11-17.

[2]董倩，劉東燕，黃林青.卓越土木工程師實踐教學體系構建[J].中國大學教育，2012，（1）：77-80.

基金項目：以卓越工程師培養為目標的材料化學人才培養模式改革研究，湖北省2012年教改項目

作者簡介：雷麗文（1976-），女，湖北隨州人，博士，副教授，主要從事功能材料的合成及性能表征研究。